Olhando para trás, para o desenvolvimento da indústria ao longo do século passado, a evolução dos materiais de membrana cerâmica nunca foi um artifício tecnológico, mas sim um resultado inevitável de avanços sucessivos. Este artigo traça a história completa do desenvolvimento das membranas cerâmicas, dissecando a lógica subjacente desde a exploração de múltiplos materiais, a popularização da alumina, a implementação da produção nacional e a iteração para o carboneto de silício, obtendo assim uma compreensão das principais tendências na indústria de membranas inorgânicas.
I. Origens da Indústria Militar: A Primeira Exploração Nascida da "Separação Especial" (década de 1940)
A membrana cerâmica não foi desenvolvida para tratamento de água, mas sim para servir à separação de isótopos na indústria nuclear. Naquela época, a indústria precisava urgentemente de um transportador que fosse física e quimicamente estável, não reagisse com o meio, tivesse tamanho de poro extremamente pequeno, estrutura estável e pudesse operar por um longo período sob condições adversas. A membrana cerâmica apenas atendeu a esse requisito.
Imagem:UF₆ (hexafluoreto de urânio)
As membranas cerâmicas desenvolvidas nesta fase eram apenas materiais especiais utilizados em laboratórios. O controle do tamanho dos poros era grosseiro e a precisão da separação era baixa, tornando-os completamente inadequados para o tratamento industrial de água líquida. No entanto, eles lançaram as bases para as características essenciais de "estabilidade e resistência à corrosão" nas tecnologias subsequentes de membranas cerâmicas.
II. O surgimento das membranas cerâmicas de alumina: resolvendo o problema “de 0 a 1” no tratamento de águas industriais (décadas de 1960-1990)
Com o rápido desenvolvimento da indústria global, a demanda por clarificação de líquidos e separação de materiais nas indústrias de alimentos e bebidas e de produtos químicos básicos explodiu. A filtragem tradicional de placas e molduras e o papel de filtro não são precisos o suficiente e são facilmente contaminados. A indústria precisa urgentemente de um material filtrante inorgânico reutilizável e lavável, e membranas de ultrafiltração cerâmicas surgiram para atender a essa necessidade.
Após comparação com vários materiais inorgânicos, a alumina tornou-se a escolha ideal para aplicações industriais civis. Embora não seja o material inorgânico de melhor-desempenho, ele tem vantagens significativas na produção em massa: reservas abundantes de bauxita, baixos custos de material, tecnologia madura de sinterização em baixa-temperatura, alto grau de padronização de produtos acabados, propriedades físico-químicas equilibradas sob condições normais de operação e custos controláveis de produção e manutenção durante todo o ciclo de vida. É um material de membrana inorgânico adequado para implantação global-em grande escala.
As membranas cerâmicas de alumina atenderam com sucesso aos requisitos fundamentais de "estabilidade e reutilização" na filtração industrial, tornando-se a primeira membrana cerâmica a alcançar uma verdadeira aplicação industrial.
III. Localização Industrial: Membranas Cerâmicas de Alumina Domésticas Alcançam Produção em Massa Independente (Início do Século 21)
No início do século 21, a procura interna por filtragem industrial aumentou. No entanto, as membranas cerâmicas de alumina foram completamente monopolizadas por fornecedores estrangeiros, resultando em custos elevados e atrasos no serviço pós{2}}venda. Portanto, a substituição nacional de membranas inorgânicas tornou-se uma necessidade para a indústria. Instituições de pesquisa e empresas nacionais colaboraram para alcançar a produção em massa independente de membranas cerâmicas de alumina fabricadas internamente. A produção nacional reduziu significativamente os custos de aplicação e preencheu lacunas na cadeia industrial local.
A importância da membrana de alumina produzida internamente:
l Isto reduz significativamente o custo de aplicação de membranas cerâmicas em cenários convencionais de tratamento de água, tornando as membranas inorgânicas mais acessíveis para mais empresas.
l Isso promoveu a maturidade da cadeia da indústria nacional de membranas cerâmicas e acumulou uma base tecnológica para pesquisa e desenvolvimento subsequentes de materiais-de alta qualidade.
Imagem: Membrana cerâmica de alumina
No entanto, as suas principais deficiências de desempenho não foram superadas. Ainda é difícil operar de forma estável por um longo período em face de alto teor de sal, alta temperatura e fortes condições de acoplamento ácido-base em setores como a indústria de energia nova e a indústria química de lagos salgados. O mercado-de alta tecnologia ainda é ocupado por materiais de membrana especiais estrangeiros.
4. Avanço nas membranas cerâmicas de carboneto de silício: soluções sob medida para "condições extremas de trabalho" (na última década)
Na última década, surgiram a bateria de lítio, a extração de lítio de lagos salgados e as indústrias de semicondutores, criando águas residuais com cinco condições extremas acopladas: alta salinidade, alta temperatura, ácidos e álcalis fortes, alto teor de matéria orgânica e alto teor de partículas sólidas. A alumina é estável em condições normais de operação, mas seu fluxo diminui rapidamente sob condições extremas, tornando-a inadequada para as necessidades de produção contínua e com baixo-tempo de inatividade das empresas, destacando a escassez de-membranas inorgânicas dedicadas de alta qualidade.
Com base nos requisitos rigorosos de condições operacionais-de alto nível e por meio de avanços do setor em tecnologia de sinterização de alta-temperatura, foram desenvolvidas membranas cerâmicas de carboneto de silício. Eles herdam totalmente as principais vantagens das membranas inorgânicas, como longa vida útil, alta confiabilidade, capacidade de reter matéria orgânica suspensa e capacidade de limpeza repetida. Com uma estrutura de poros cristalinos superior, eles são adequados para diversas qualidades de água extremas e complexas, abordando as deficiências das membranas de alumina em condições operacionais.
V. Tendências futuras do setor: Impulsionadas tanto pela política quanto pela conformidade, as membranas cerâmicas inorgânicas estão preparadas para se tornarem a tendência dominante-de longo prazo.
As membranas de ultrafiltração convencionais não apresentam diferenças significativas na sua capacidade de reter poluentes, e a seleção é amplamente baseada no custo e nos hábitos de manutenção; no entanto, a tendência-de longo prazo do setor é determinada pelas políticas industriais nacionais e pela conformidade global com PFAS.
As políticas industriais nacionais estão a capacitar a indústria:membranas cerâmicas de alto-desempenho estão incluídas nos principais catálogos nacionais de novos materiais e equipamentos incentivados pela proteção ambiental. Dois tipos de membranas cerâmicas estão incluídos na lista de aquisição prioritária de novos materiais importantes; projetos de atualização-de tecnologia de membrana cerâmica com emissão zero recebem subsídios de até 30 milhões de yuans por projeto; o projeto especial do 14º-Plano Quinquenal continua a apoiar a pesquisa e o desenvolvimento de materiais de membrana domésticos. Juntamente com o desenvolvimento de duplo-carbono, reutilização de recursos hídricos e atualizações de proteção ambiental, os critérios de seleção da indústria mudaram de "utilizáveis" para "duráveis e de baixa{8}}manutenção", com orientação nacional clara: membranas cerâmicas são preferidas para tratamento complexo de água, e a localização de materiais de membrana-de alta qualidade está sendo promovida.
Conformidade com PFAS:Com os regulamentos PFAS implementados na Europa e nos Estados Unidos, os controlos nacionais estão gradualmente a tornar-se mais rigorosos. A produção comercial de membranas orgânicas envolve frequentemente a adição de aditivos fluorados, representando um risco de poluição de PFAS ao longo de todo o seu ciclo de vida. As empresas líderes eliminaram gradualmente os materiais filtrantes orgânicos fluorados.
As membranas cerâmicas inorgânicas são produzidas sem flúor, têm propriedades estáveis, não apresentam riscos de conformidade com PFAS, têm uma vida útil 3-5 vezes maior que a das membranas orgânicas e geram menos resíduos sólidos. Eles atendem aos requisitos de produção ecológica e se tornarão a escolha principal para filtração de médio-a-alto nível a médio e longo prazo.
Introdução da Empresa - JMFILTEC concentra-se na pesquisa e desenvolvimento de membranas cerâmicas de carboneto de silício
está comprometida em desenvolver os materiais de membrana de carboneto de silício mais robustos e duráveis. A equipe fundadora iniciou o trabalho de P&D relacionado em materiais de membrana de carboneto de silício em 2011 e agora recebeu 8 patentes de invenção, requeridas para quase 50 patentes de invenção e 6 patentes PCT.
Como uma empresa nacional de alta-tecnologia e uma empresa "especializada, refinada e inovadora" na província de Zhejiang, a JMFILTEC sempre aderiu à filosofia de desenvolvimento "centrada no cliente-e voltada para a tecnologia-, esforçando-se para criar produtos de membrana de carbeto de silício de classe mundial-. Atualmente, os produtos da empresa abrangem membranas tubulares, membranas de folhas planas, membranas de coluna e outros equipamentos derivados, amplamente utilizados na purificação de água potável, tratamento de água recuperada, dessalinização de água do mar, separação de processos químicos, produção química de sal e cloro-álcalis, tratamento de água de minas, microeletrônica de semicondutores, remoção de impurezas alimentícias e farmacêuticas, extração de lítio de lagos salgados, nova produção de cátodos e ânodos de energia, reciclagem de resíduos líquidos fotovoltaicos, e extração de gás de xisto betuminoso, entre muitos outros campos. Com suas principais vantagens de forte resistência à corrosão, alto rendimento, longa vida útil e fácil limpeza, ganhou o reconhecimento dos clientes e do mercado, tornando-o altamente competitivo no mercado internacional.
Você já se deparou com situações-no local em que "as membranas orgânicas não conseguiam suportar a carga e as membranas de alumina não eram estáveis o suficiente"? Que outras dúvidas você tem em relação à aplicação, manutenção e comparação de custos de membranas de carboneto de silício? Sinta-se à vontade para entrar em contato conosco.
Se esta questão receber uma resposta positiva, iremos utilizá-la como ponto de partida para lançar a coluna “Conhecimento Geral de Materiais de Membrana”, com artigos subsequentes fornecendo explicações detalhadas.